CN106636860B - 一种制造高氮奥氏体不锈钢船舰用螺旋桨铸件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及螺旋桨铸造技术领域，一种制造高氮奥氏体不锈钢船舰用螺旋桨铸件的方法，该方法包括以下步骤：S1：选取精炼待浇铸状态下制取奥氏体不锈钢的钢液为基础钢液原料；S2：将添加剂熔化在熔融炉中；S3：将S2步骤中制得的添加剂合金液与基础钢液采用对流式加入到真空感应炉中；S4：制作螺旋桨叶及其组件的模具；S5：将S4步骤中的浇铸螺旋桨叶及其组件取出；S6：将S5步骤中热处理后的螺旋桨叶及其组件表面进行火焰加热；S7：重复S6步骤2‑4次，本方法相比传统的方式具有更好的功能，能够有效的提高氮奥氏体不锈钢在船舰上的应用，并且耐磨性、机械性能、耐腐蚀性都有很大程度上的提高。
Description
技术领域
本发明涉及螺旋桨铸造技术领域，一种制造高氮奥氏体不锈钢船舰用螺旋桨铸件的方法。
背景技术
随着社会的不断进步和发展，水上运输和旅游已经成为现代社会中一种重要的存在方式，同时必须要使用到的是螺旋桨铸件，通过螺旋桨及其组件提供动力。高氮奥氏体不锈钢作为一种较为熟知的新型材料，具有很强的韧性、耐磨性和抗疲劳性，被广泛的应用于各种工作强度大以及特殊的工作环境中，船舰上与水最为紧密接触的是螺旋桨，螺旋桨在转动的过程中未船舰提供前进的动力。
现有技术下的船舰用的大多为普通的不锈钢，通过在不锈钢表面喷涂防锈蚀层来达到防水流冲击、耐腐蚀以及耐撞击的作用，但是这种传统的方式存在严重的缺点，在国内，没有成熟的技术能够将高氮奥氏体不锈钢进行合理的铸造以及处理来为船舰服务的目的，并且现有技术下的高氮奥氏体不锈钢在铸造的过程中，由于氮气会喷出铸造件，会使铸造件内部结构出现微小的孔，很大程度上降低了铸造件的整体结构稳定性，应用在船舰上时，其耐用性极差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制造高氮奥氏体不锈钢船舰用螺旋桨铸件的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种制造高氮奥氏体不锈钢船舰用螺旋桨铸件的方法，该方法包括以下步骤：
S1：选取精炼待浇铸状态下制取奥氏体不锈钢的钢液为基础钢液原料，选取高氮合金作为添加剂，选用氮气作为保护气体；
S2：将添加剂熔化在熔融炉中，并向其中依次加入微量的Cr、Mn、V，并通过电磁搅拌，向其中同时充入氮气，搅拌速率为60r/min，搅拌时间控制在2-6min；
S3：将S2步骤中制得的添加剂合金液与基础钢液采用对流式加入到真空感应炉中，基础钢液的流动速度设置在1-1.5m/s之间，且添加剂合金液的流动速度设置在2-3m/s之间，设定真空感应炉的温度在1350-1600℃之间，进行高温精炼15-35min，对流式加入的过程中，保持氮气充入不断，制得成型钢液；
S4：制作螺旋桨叶及其组件的模具，设置0.5MPa的工件铸造环境，并在此工作环境中实现浇铸的过程，浇铸的整个过程控制在60-85s以内，并且采用一体化热流道热浇口技术，在浇铸的过程中，使用超声波作用在浇铸模具上并同时微振模具；
S5：将S4步骤中的浇铸螺旋桨叶及其组件取出，对螺旋桨叶及其组件进行热处理；
S6：将S5步骤中热处理后的螺旋桨叶及其组件表面进行火焰加热，并迅速放置到冷却液中，且螺旋桨叶及其组件在空气中的停留时间不超过2s，在冷却液中停留3-5s后立即取出；
S7：重复S6步骤2-4次，并将处理后的螺旋桨叶及其组件放置在振荡装置中，相互的螺旋桨叶及其组件之间不接触，并且振荡为上下振荡，去除表面凝结杂质，使用高压气喷枪对螺旋桨叶及其组件进行吹扫，并将处理后的螺旋桨叶及其组件放置到S4步骤的环境中，并在此环境中充满氮气，同时在螺旋桨叶及其组件上涂抹防锈蚀层，高氮奥氏体不锈钢船舰用螺旋桨铸件制作完成。
优选的，所述S2步骤中Cr、Mn、V在添加剂合金液中的含量均不超过3％。
优选的，所述S3步骤中添加剂合金液流动方向与基础钢液流动方向沿水平垂线呈对称设置
优选的，所述冷却液由酒精、干冰组成，且冷却液中通入实时氮气，干冰定时添加，保持冷却液温度在零下15℃以下。
优选的，所述S4步骤中模具微振为左右振动，振动频率为1秒一次，振动幅度在0.1mm到1mm之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的更加的科学合理，在设置的添加剂以及氮气的保护过程中，能够有效的将氮元素稳定在基础钢液中，进而减少钢液在铸造成型的过程中的散发量，很大程度上提高了铸造件的整体结构稳定性和完整性，相比传统的铸造方法，具有更强的稳定性，并且通过反复的铸造过程能够很大程度上降低铸造件表面的杂质含量，很大程度上提高了铸造件的耐磨性以及涂料的喷涂涂布质量，本方法相比传统的方式具有更好的功能，能够有效的提高高氮奥氏体不锈钢在船舰上的应用，并且耐磨性、机械性能、耐腐蚀性都有很大程度上的提高。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明提供一种技术方案：一种制造高氮奥氏体不锈钢船舰用螺旋桨铸件的方法，该方法包括以下步骤：
S1：选取精炼待浇铸状态下制取奥氏体不锈钢的钢液为基础钢液原料，选取高氮合金作为添加剂，选用氮气作为保护气体；
S2：将添加剂熔化在熔融炉中，并向其中依次加入微量的Cr、Mn、V，并通过电磁搅拌，向其中同时充入氮气，搅拌速率为60r/min，搅拌时间控制在2min；
S3：将S2步骤中制得的添加剂合金液与基础钢液采用对流式加入到真空感应炉中，基础钢液的流动速度设置在1m/s，且添加剂合金液的流动速度设置在2m/s，设定真空感应炉的温度在1350℃之间，进行高温精炼15min，对流式加入的过程中，保持氮气充入不断，制得成型钢液；
S4：制作螺旋桨叶及其组件的模具，设置0.5MPa的工件铸造环境，并在此工作环境中实现浇铸的过程，浇铸的整个过程控制在55s，并且采用一体化热流道热浇口技术，在浇铸的过程中，使用超声波作用在浇铸模具上并同时微振模具；
S5：将S4步骤中的浇铸螺旋桨叶及其组件取出，对螺旋桨叶及其组件进行热处理；
S6：将S5步骤中热处理后的螺旋桨叶及其组件表面进行火焰加热，并迅速放置到冷却液中，且螺旋桨叶及其组件在空气中的停留时间1.5s，在冷却液中停留3s后立即取出；
S7：重复S6步骤2次，并将处理后的螺旋桨叶及其组件放置在振荡装置中，相互的螺旋桨叶及其组件之间不接触，并且振荡为上下振荡，去除表面凝结杂质，使用高压气喷枪对螺旋桨叶及其组件进行吹扫，并将处理后的螺旋桨叶及其组件放置到S4步骤的环境中，并在此环境中充满氮气，同时在螺旋桨叶及其组件上涂抹防锈蚀层，高氮奥氏体不锈钢船舰用螺旋桨铸件制作完成。
其中：所述S2步骤中Cr、Mn、V在添加剂合金液中的含量均为1％。，所述S3步骤中添加剂合金液流动方向与基础钢液流动方向沿水平垂线呈对称设置，所述冷却液由酒精、干冰组成，且冷却液中通入实时氮气，干冰定时添加，保持冷却液温度在零下15℃，所述S4步骤中模具微振为左右振动，振动频率为1秒一次，振动幅度在0.3mm。
实施例二
本发明提供一种技术方案：一种制造高氮奥氏体不锈钢船舰用螺旋桨铸件的方法，该方法包括以下步骤：
S1：选取精炼待浇铸状态下制取奥氏体不锈钢的钢液为基础钢液原料，选取高氮合金作为添加剂，选用氮气作为保护气体；
S2：将添加剂熔化在熔融炉中，并向其中依次加入微量的Cr、Mn、V，并通过电磁搅拌，向其中同时充入氮气，搅拌速率为60r/min，搅拌时间控制在4min；
S3：将S2步骤中制得的添加剂合金液与基础钢液采用对流式加入到真空感应炉中，基础钢液的流动速度设置在1.3m/s，且添加剂合金液的流动速度设置在2.6m/s，设定真空感应炉的温度在1500℃之间，进行高温精炼30min，对流式加入的过程中，保持氮气充入不断，制得成型钢液；
S4：制作螺旋桨叶及其组件的模具，设置0.5MPa的工件铸造环境，并在此工作环境中实现浇铸的过程，浇铸的整个过程控制在80s，并且采用一体化热流道热浇口技术，在浇铸的过程中，使用超声波作用在浇铸模具上并同时微振模具；
S5：将S4步骤中的浇铸螺旋桨叶及其组件取出，对螺旋桨叶及其组件进行热处理；
S6：将S5步骤中热处理后的螺旋桨叶及其组件表面进行火焰加热，并迅速放置到冷却液中，且螺旋桨叶及其组件在空气中的停留时间1.8s，在冷却液中停留4s后立即取出；
S7：重复S6步骤3次，并将处理后的螺旋桨叶及其组件放置在振荡装置中，相互的螺旋桨叶及其组件之间不接触，并且振荡为上下振荡，去除表面凝结杂质，使用高压气喷枪对螺旋桨叶及其组件进行吹扫，并将处理后的螺旋桨叶及其组件放置到S4步骤的环境中，并在此环境中充满氮气，同时在螺旋桨叶及其组件上涂抹防锈蚀层，高氮奥氏体不锈钢船舰用螺旋桨铸件制作完成。
其中：所述S2步骤中Cr、Mn、V在添加剂合金液中的含量均为1.5％。，所述S3步骤中添加剂合金液流动方向与基础钢液流动方向沿水平垂线呈对称设置，所述冷却液由酒精、干冰组成，且冷却液中通入实时氮气，干冰定时添加，保持冷却液温度在零下16℃，所述S4步骤中模具微振为左右振动，振动频率为1秒一次，振动幅度在0.4mm。
实施例三
本发明提供一种技术方案：一种制造高氮奥氏体不锈钢船舰用螺旋桨铸件的方法，该方法包括以下步骤：
S1：选取精炼待浇铸状态下制取奥氏体不锈钢的钢液为基础钢液原料，选取高氮合金作为添加剂，选用氮气作为保护气体；
S2：将添加剂熔化在熔融炉中，并向其中依次加入微量的Cr、Mn、V，并通过电磁搅拌，向其中同时充入氮气，搅拌速率为60r/min，搅拌时间控制在6min；
S3：将S2步骤中制得的添加剂合金液与基础钢液采用对流式加入到真空感应炉中，基础钢液的流动速度设置在1.5m/s，且添加剂合金液的流动速度设置在3m/s，设定真空感应炉的温度在1600℃之间，进行高温精炼35min，对流式加入的过程中，保持氮气充入不断，制得成型钢液；
S4：制作螺旋桨叶及其组件的模具，设置0.5MPa的工件铸造环境，并在此工作环境中实现浇铸的过程，浇铸的整个过程控制在85s，并且采用一体化热流道热浇口技术，在浇铸的过程中，使用超声波作用在浇铸模具上并同时微振模具；
S5：将S4步骤中的浇铸螺旋桨叶及其组件取出，对螺旋桨叶及其组件进行热处理；
S6：将S5步骤中热处理后的螺旋桨叶及其组件表面进行火焰加热，并迅速放置到冷却液中，且螺旋桨叶及其组件在空气中的停留时间2s，在冷却液中停留5s后立即取出；
S7：重复S6步骤4次，并将处理后的螺旋桨叶及其组件放置在振荡装置中，相互的螺旋桨叶及其组件之间不接触，并且振荡为上下振荡，去除表面凝结杂质，使用高压气喷枪对螺旋桨叶及其组件进行吹扫，并将处理后的螺旋桨叶及其组件放置到S4步骤的环境中，并在此环境中充满氮气，同时在螺旋桨叶及其组件上涂抹防锈蚀层，高氮奥氏体不锈钢船舰用螺旋桨铸件制作完成。
其中：所述S2步骤中Cr、Mn、V在添加剂合金液中的含量均为2％。，所述S3步骤中添加剂合金液流动方向与基础钢液流动方向沿水平垂线呈对称设置，所述冷却液由酒精、干冰组成，且冷却液中通入实时氮气，干冰定时添加，保持冷却液温度在零下17℃，所述S4步骤中模具微振为左右振动，振动频率为1秒一次，振动幅度在0.5mm。
将三组实施例分别制得对应的螺旋桨及其组件，设置高压水流冲击试验，通过实现来检验高氮奥氏体不锈钢的使用性能。
设置三组对比实验，且三组对比实验共同进行，外界环境因素完全相同，以普通不锈钢螺旋桨作为基础，得到四个实验数据，如下表所示：
| 组别 | 锈蚀程度 | 转动磨损 | 冲击磨损 |
| 实施例一 | 80 | 70 | 90 |
| 实施例二 | 75 | 70 | 80 |
| 实施例三 | 85 | 80 | 90 |
以普通的不锈钢螺旋桨作为基础数据，设定不锈钢螺旋桨锈蚀程度为100，转动磨损程度为100，冲击磨损程度为100。
由实验数据可知，三组实施例相比传统的不锈钢螺旋桨都具有较好的耐锈蚀、耐磨损的效果，其中实施例二效果最好。
通过加入微量的Cr、Mn、V，能够很大程度上提高螺旋桨及其铸件中的氮元素稳定性，并且通过合理的结构设置能够很大程度上提高螺旋桨整体功能性，能够使高氮奥氏体不锈钢在船舰上得到广泛的应用。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种制造高氮奥氏体不锈钢船舰用螺旋桨铸件的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1：选取精炼待浇铸状态下制取奥氏体不锈钢的钢液为基础钢液原料，选取高氮合金作为添加剂，选用氮气作为保护气体；
S2：将添加剂熔化在熔融炉中，并向其中依次加入微量的Cr、Mn、V，并通过电磁搅拌，向其中同时充入氮气，搅拌速率为60r/min，搅拌时间控制在2-6min；
S3：将S2步骤中制得的添加剂合金液与基础钢液采用对流式加入到真空感应炉中，基础钢液的流动速度设置在1-1.5m/s之间，且添加剂合金液的流动速度设置在2-3m/s之间，设定真空感应炉的温度在1350-1600℃之间，进行高温精炼15-35min，对流式加入的过程中，保持氮气充入不断，制得成型钢液；
S4：制作螺旋桨叶及其组件的模具，设置0.5MPa的工件铸造环境，并在此工作环境中实现浇铸的过程，浇铸的整个过程控制在60-85s以内，并且采用一体化热流道热浇口技术，在浇铸的过程中，使用超声波作用在浇铸模具上并同时微振模具；
S5：将S4步骤中的浇铸螺旋桨叶及其组件取出，对螺旋桨叶及其组件进行热处理；
S6：将S5步骤中热处理后的螺旋桨叶及其组件表面进行火焰加热，并迅速放置到冷却液中，且螺旋桨叶及其组件在空气中的停留时间不超过2s，在冷却液中停留3-5s后立即取出；
S7：重复S6步骤2-4次，并将处理后的螺旋桨叶及其组件放置在振荡装置中，相互的螺旋桨叶及其组件之间不接触，并且振荡为上下振荡，去除表面凝结杂质，使用高压气喷枪对螺旋桨叶及其组件进行吹扫，并将处理后的螺旋桨叶及其组件放置到S4步骤的环境中，并在此环境中充满氮气，同时在螺旋桨叶及其组件上涂抹防锈蚀层，高氮奥氏体不锈钢船舰用螺旋桨铸件制作完成。
2.根据权利要求1所述的一种制造高氮奥氏体不锈钢船舰用螺旋桨铸件的方法，其特征在于：所述S2步骤中Cr、Mn、V在添加剂合金液中的含量均不超过3％。
3.根据权利要求1所述的一种制造高氮奥氏体不锈钢船舰用螺旋桨铸件的方法，其特征在于：所述S3步骤中添加剂合金液流动方向与基础钢液流动方向沿水平垂线呈对称设置。
4.根据权利要求1所述的一种制造高氮奥氏体不锈钢船舰用螺旋桨铸件的方法，其特征在于：所述冷却液由酒精、干冰组成，且冷却液中通入实时氮气，干冰定时添加，保持冷却液温度在零下15℃以下。
5.根据权利要求1所述的一种制造高氮奥氏体不锈钢船舰用螺旋桨铸件的方法，其特征在于：所述S4步骤中模具微振为左右振动，振动频率为1秒一次，振动幅度在0.1mm到1mm之间。
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